真核生物ゲノムの機械的特性と生物学的意義

真核基因组的机械特性和生物学意义

基本信息

批准号：
09J07137
负责人：
木村元
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

クロマチン繊維がとる三次元構造は、転写をはじめとする様々な核内現象の舞台となる重要な基盤構造である。しかし、10nmクロマチン繊維よりも高次の階層における収納機構については不明な点が多い。本研究課題では、その実体を解明するために、真核生物ゲノムの機械的特性(DNA分子の硬さ・柔らかさの特性)を切り口にして二つの研究を行なっている。ひとつは柔軟性における特異領域の生物学的意義の解析、もうひとつは、間期染色体構造のモデル構築である。本年度は、後者に大きな進捗が見られたので、以下にその成果を報告する。昨年度までに、独自に測定したDNA分子の持続長のデータ、出芽酵母のゲノム配列を基に"予測"されたヌクレオソームのポジショニングのデータ(Segal et al.,Nature,2006)および細胞核の大きさを基にすることにより、間期染色体構造のモデル化に成功していた。さらに、実験データとの比較により、実際の核内構造をよく反映したモデルであることを明らかにしていた。そこで本年度は、まず"実測"されたヌクレオソームのポジショニングのデータ(Kaplan et al.,Nature,2009)を用いた間期染色体構造の予測を行なった。その結果、昨年度までにSegalらのデータを用いて予測した構造と比較して顕著な違いはみられなかった。すなわち、ゲノム配列と細胞核の大きさが分かれば、任意の生物種の間期染色体構造を予測できることが示唆された。また、昨年度までに構築した間期染色体のモデルは、対象とする1本の染色体を除く残りの15本の染色体の存在を考慮に入れないモデルであった。そこで、一倍体の出芽酵母がもつ全16本の染色体を、核と大きさの等しい直径2μmの球の空間にモデル化した結果、実際の核内構造と同様に、全ての染色体が所与の空間を互いにうまく分け合って収まっていることを明らかにした。

染色质纤维采用的三维结构是一种重要的基础结构，可作为各种核现象（包括转录）的设置。但是，与10 nm染色质纤维相比，在更高层的存储机构上有许多未知数。在本研究主题中，我们使用真核基因组（DNA分子的硬度和柔软性能）的机械性能进行了两项研究，作为阐明其真实本质的起点。一种是对特定区域在柔韧性中的生物学意义的分析，另一个是构建相间染色体结构的模型。今年，我们在后者中取得了长足的进步，因此我们将报告以下结果。到去年，我们通过独立测量DNA分子持续时间的数据，基于基于芽酵母的基因组序列（Segal等人，Nature，2006）和细胞核大小的数据，成功地模拟了相间染色体结构。此外，与实验数据的比较表明，该模型是一个密切反映实际核结构的模型。因此，今年我们首先使用“实际测量”的核小体定位数据预测相间染色体结构（Kaplan等，Nature，2009）。结果，与使用Segal等人的数据预测的结构相比，没有观察到显着差异。直到去年。换句话说，有人提出，如果已知基因组序列和细胞核大小，则可以在任何种类中预测相间的染色体结构。此外，直到去年构建的相间染色体模型是一个模型，该模型没有考虑到除单个靶染色体外，其余15个染色体的存在。因此，我们对单倍体发芽酵母的所有16种染色体建模到直径为2μm的球体空间，该空间与原子核相等，发现与实际的核结构相似，所有染色体都相互共享并彼此相同。